JP2020188117A - ウェーハの製造方法、及びインゴットの分断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インゴットからのウェーハの剥離を早期に検出する【解決手段】インゴット１１を分断してウェーハを製造するウェーハの製造方法であって、分離起点２７をインゴットに形成する分離起点形成ステップと、液体１２を介してインゴットに超音波を付与することにより分離起点でインゴットを分断し、インゴットの一部を剥離してウェーハを製造するウェーハ製造ステップと、を備える。ウェーハ製造ステップ中に、液体が収容された液槽を介してインゴットの表面に光１８ａを照射する照射ステップと、照射ステップでインゴットの表面に照射された光の反射光を撮像ユニット２２で撮像し、表面に生じる凹凸が反映された撮像画像を形成する撮像ステップと、撮像ステップで得られる撮像画像から、インゴットからウェーハが剥離したか否かを判定する判定ステップと、を実施する。【選択図】図４

Description

本発明は、円柱状のインゴットを分断して円板状のウェーハを製造する際にウェーハがインゴットから剥離したことを検出するウェーハの製造方法、及び、分離起点が形成されたインゴットを分断してウェーハを形成するインゴットの分断装置に関する。

半導体材料でなる円板状のウェーハに複数のデバイスを形成し、ウェーハをデバイス毎に分断すると、電子機器に搭載されるデバイスチップを形成できる。デバイスが形成されるウェーハは、円柱状のインゴットを分断することにより形成される。インゴットを分断してウェーハを製造する方法として、例えば、ワイヤーソーを用いる方法が知られている（特許文献１参照）。

しかし、ワイヤーソーを用いる方法ではインゴットを分断する過程で失われる半導体材料の量が多く、原料となるインゴットの量に比して得られるウェーハの数が少なくなるとの問題が生じる。また、ワイヤーソーを用いてインゴットを分断すると得られるウェーハの表裏面にうねりが形成される。そのため、このうねりを除去するためにウェーハの表裏面を研磨する必要があり、研磨の際にさらに半導体材料が失われる。したがって、ワイヤーソーを用いる方法は、生産性が低いとの問題を生じていた。

そこで、半導体材料の損失が比較的少ないウェーハの製造方法として、インゴットを構成する半導体材料に対して透過性を有する波長（半導体材料を透過する波長）のレーザビームを使用する方法が知られている。この方法では、インゴットの表面から所定の深さ位置に分離面を設定し、該分離面に沿ってレーザビームを集光し、改質層と、該改質層から伸長するクラックと、を含む分離起点をインゴットの内部に形成する。そして、分離起点でインゴットを分断してウェーハを形成する（特許文献２参照）。

さらに、分離起点が形成されたインゴットを高効率に分断する方法として、インゴットに超音波を付与することでインゴットからウェーハを剥離する方法が提案されている（特許文献３参照）。

特開２００９−９０３８７号公報 特開２０１６−１２７１８６号公報 特開２０１８−９３１０６号公報

分離起点が形成されたインゴットに超音波を付与してインゴットを分断しウェーハを剥離させる際に、ウェーハの剥離が生じた瞬間を早期に検出できると、ウェーハや残るインゴットに対して次の工程を迅速に開始できてウェーハの生産性をさらに高められる。しかしながら、インゴットの内部に形成された分離起点の全域でインゴットが分断され、インゴットからウェーハが確実に剥離しているか否かを作業者が目視で確認するのは困難である。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、インゴットからウェーハが剥離した際、剥離が生じたことを早期に確実に検出できるウェーハの製造方法及びインゴットの分断装置を提供することである。

本発明の一態様によると、インゴットを表面から所定の深さに設定された分離面で分断してウェーハを製造するウェーハの製造方法であって、該インゴットに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分離面に位置付け、該集光点及び該インゴットを相対的に移動させながら該レーザビームを該表面側から照射して該分離面に沿って該レーザビームを集光させ、改質層と、該改質層から伸長するクラックと、を含む分離起点を該分離面に沿って該インゴットに形成する分離起点形成ステップと、該分離起点形成ステップの後、該インゴットを液体中に浸漬し、該液体を介して該インゴットに超音波を付与することにより該分離起点で該インゴットを分断し、該インゴットの一部を剥離してウェーハを製造するウェーハ製造ステップと、を備え、該ウェーハ製造ステップ中に、該分離起点が形成された該インゴットの該表面に、該液体が収容された液槽を介して光源からの光を所定の入射角で照射する照射ステップと、該照射ステップで該インゴットの該表面に照射された光の反射光を撮像し、該表面に生じる凹凸が反映された撮像画像を形成する撮像ステップと、該撮像ステップで得られる該撮像画像から該インゴットから該ウェーハが剥離したか否かを判定する判定ステップと、を実施することを特徴とするウェーハの製造方法が提供される。

好ましくは、該インゴットは、ＳｉＣインゴットまたはＧａＮインゴットである。また、好ましくは、該ウェーハ製造ステップでは、該インゴットを該液体中に浸漬させた後、該インゴットに該超音波を付与する前に、該インゴットの該表面を撮像して参照用撮像画像を形成し、該判定ステップでは、該撮像ステップで得られる該撮像画像と、該参照用撮像画像と、を比較することで該インゴットから該ウェーハが剥離したか否かを判定する。

また、本発明の他の一態様によると、表面から所定の深さに改質層と、該改質層から伸長するクラックと、を含む分離起点が形成されたインゴットに超音波を付与して該分離起点で該インゴットを分断してウェーハを形成できるインゴットの分断装置であって、液体が貯留された液槽と、該液槽内の該液体に浸漬された該インゴットを該表面が該液体中に露出された状態で載置できる載置テーブルと、該載置テーブルに載置された該インゴットの該表面に対面するように位置付けることができ、該インゴットに該液体を介して超音波を付与できる超音波付与ユニットと、該載置テーブルに載置された該インゴットの該表面に対して所定の入射角で光を照射できる光源と、該光源から該インゴットの該表面に照射された光が該表面から該入射角に対応する反射角で反射された反射光を撮像して撮像画像を形成する撮像ユニットと、該載置テーブルに載置された該インゴットに対して該超音波付与ユニットで超音波を付与し、該インゴットの該表面に該光源で光を照射し、該インゴットの該表面で反射された反射光を該撮像ユニットで撮像して撮像画像を形成し、該撮像画像から該インゴットの該表面に生じた凹凸を検出し、該表面の該凹凸に基づいて該インゴットが該分離起点で分断されウェーハが該インゴットから剥離したか否かを判定する判定ユニットと、を備えることを特徴とするインゴットの分断装置が提供される。

好ましくは、該判定ユニットは、該撮像画像と、該超音波付与ユニットにより該インゴットに該超音波が付与される前に該撮像ユニットが該インゴットの該表面を撮像して形成した参照用撮像画像と、を比較することで該ウェーハが該インゴットから剥離したか否かを判定する。

本発明の一態様に係るウェーハの製造方法及びインゴットの分断装置では、分離起点が形成されたインゴットに超音波を付与して、インゴットを分断してウェーハを剥離させる。インゴットに実効的に超音波を作用させるために、超音波付与ユニットはインゴットに近づけられるため、該超音波付与ユニットと、該インゴットの表面と、の間の隙間は狭い。そこで、本発明の一態様では、光源から所定の入射角で光をインゴットの表面に照射し、その反射光を撮像することで該インゴットの表面を撮像する。

分離起点におけるインゴットの分断が進行すると、分断の進行状況に応じた凹凸がインゴットの表面に現れる。例えば、凸部では反射される光が散乱するため撮像画像では凸部が暗く写る。また、例えば、凹部では反射される光が収束するため撮像画像で凹部は明るく写る。そのため、撮像ユニットで反射光を撮像すると、インゴットの表面の凹凸の状態を監視できる。そして、分離起点でインゴットが分断されウェーハがインゴットから剥離したとき、ウェーハの剥離が生じたことを早期に確実に検出できる。

したがって、本発明により、インゴットからウェーハが剥離した際、剥離が生じたことを早期に確実に検出するウェーハの製造方法及びインゴットの分断装置が提供される。

図１（Ａ）は、インゴットを模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、インゴットを模式的に示す側面図である。 図２（Ａ）は、分離起点形成ステップを模式的に示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、分離起点が形成されたインゴットを模式的に示す断面図であり、図２（Ｃ）は、分離起点が部分的に形成されているインゴットを模式的に示す上面図である。 液槽の液体中に搬入されたインゴットを模式的に示す断面図である。 ウェーハ製造ステップを模式的に示す断面図である。 撮像画像の一例を示す写真である。 図６（Ａ）は、ウェーハの製造方法の各ステップのフローを示すフローチャートであり、図６（Ｂ）は、ウェーハ製造ステップで実施される各ステップのフローを示すフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。まず、本実施形態に係るウェーハの製造方法及びインゴットの分断装置で分断されるインゴットについて説明する。図１（Ａ）は、インゴット１１を模式的に示す斜視図であり、図１（Ｂ）は、インゴット１１を模式的に示す側面図である。インゴット１１は、例えば、表面１１ａと、該表面１１ａの反対側の裏面１１ｂと、を有する。表面１１ａ及び裏面１１ｂは、互いに平行である。

円柱状のインゴット１１には、例えば、表面１１ａから所定の距離深い位置に該表面１１ａに平行な分離面が設定される。そして、インゴット１１は該分離面で分断される。インゴット１１を分断すると、円板状のウェーハが形成される。

インゴット１１は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、または、その他の半導体材料で形成される。すなわち、インゴット１１は、例えば、Ｓｉインゴット、ＳｉＣインゴット、ＧａＮインゴット等である。または、インゴット１１は、タンタル酸リチウム（ＬＴ）及びニオブ酸リチウム（ＬＮ）等の複酸化物等の材料で形成される。

インゴット１１が分断されて形成されたウェーハの表面には、互いに交差する複数の分割予定ラインが設定され、該分割予定ラインによって区画された各領域にＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）等のデバイスが形成される。そして、該ウェーハを分割予定ラインに沿って分割すると個々のデバイスチップを形成できる。例えば、インゴット１１がＳｉＣインゴットである場合、形成されたウェーハは、インバータやコンバータに代表されるパワーデバイス等の製造に用いられる。

インゴット１１を分断する際には、インゴット１１に対して透過性を有する波長（インゴット１１を透過する波長）のレーザビームを分離面に集光点を位置付けて照射する。そして、集光点を分離面に沿って移動させつつレーザビームをインゴット１１に照射すると、インゴット１１の内部に分離面に沿った改質層が形成される。さらに、改質層が形成される際に、該改質層から分離面に沿ったクラックがインゴット１１の内部に伸長する。

インゴット１１の内部に改質層と、クラックと、が形成されているとインゴット１１を該分離面に沿って分断でき、インゴット１１からウェーハを剥離できる。すなわち、改質層と、クラックと、は、インゴット１１を分断してウェーハを剥離させる際の分離起点として機能する。なお、インゴット１１の表面１１ａは、レーザビームの被照射面となるため、予め研磨されて鏡面とされてもよい。

例えば、インゴット１１が単結晶のＳｉＣインゴットである場合、図１（Ａ）に示す通り、第１のオリエンテーションフラット１３と、第１のオリエンテーションフラット１３に直交する第２のオリエンテーションフラット１５と、が形成される。第１のオリエンテーションフラット１３の長さは、第２のオリエンテーションフラット１５の長さより長く形成される。

図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示す通り、ＳｉＣインゴットであるインゴット１１は、表面１１ａの法線１７に対して第２のオリエンテーションフラット１５方向にオフ角α傾斜したｃ軸１９と、ｃ軸１９に直交するｃ面２１と、を有している。該ｃ軸１９は、例えば、表面１１ａから裏面１１ｂに至る。ｃ面２１は、インゴット１１の表面１１ａに対してオフ角α傾斜している。一般的に、ＳｉＣインゴットでは、短い第２のオリエンテーションフラット１５の伸長方向に直交する方向がｃ軸１９の傾斜方向となる。

ｃ面２１は、ＳｉＣインゴット中に分子レベルで無数に設定される。オフ角αは、例えば、４°に設定される。しかし、オフ角αは４°に限定されるものではなく、例えば、１°〜６°の範囲で自由に設定してＳｉＣインゴットを製造することができる。なお、本発明の一態様で分断されるインゴット１１はＳｉＣインゴットに限定されない。

次に、インゴット１１をレーザ加工して分離起点を形成する際に使用されるレーザ加工装置について説明する。図２（Ａ）は、レーザ加工装置２でインゴット１１をレーザ加工する様子を模式的に示す斜視図である。図２（Ａ）に示すレーザ加工装置２は、保持テーブル４と、保持テーブル４の上方のレーザ加工ユニット６と、を備える。

保持テーブル４は、内部に図示しない吸引保持機構を備える。例えば、吸引保持機構は、保持テーブル４の上面に露出する多孔質部材と、該多孔質部材に一端が接続された吸引路と、該吸引路の他端に接続された吸引源と、を備え、該吸引源を作動させると保持テーブル４に載せられたインゴット１１を吸引保持できる。また、保持テーブル４は、上面である保持面に平行な方向に移動できる。

レーザ加工ユニット６は、保持テーブル４に保持されたインゴット１１の所定の深さ位置に該インゴット１１に対して透過性を有する波長（該インゴット１１を透過する波長）のレーザビーム６ａを集光させる機能を有する。図２（Ｂ）は、内部に改質層２３と、クラック２５と、が形成されたインゴット１１を模式的に示す断面図である。

レーザビーム６ａの集光点をインゴット１１の内部に設定される分離面に位置付けて、保持テーブル４と、レーザ加工ユニット６と、を保持テーブル４の保持面に沿った方向に相対的に移動させてレーザビーム６ａを該分離面の全域に走査する。この場合、分離面に沿って改質層２３と、クラック２５と、を含む分離起点２７が形成される。その後、インゴット１１を分離起点２７で分断し、分断されたインゴット１１の一部を剥離させると、ウェーハが得られる。

次に、インゴット１１を分断してインゴット１１からウェーハを剥離させる本実施形態に係るインゴットの分断装置について説明する。図３は、該分断装置８と、該分断装置８に搬入されたインゴット１１と、を模式的に示す断面図である。分断装置８は、分離起点２７が形成されたインゴット１１に液体１２を介して超音波を付与しインゴット１１を分離起点２７で分断してウェーハを形成できる。さらに、分断装置８は、ウェーハを形成する際にインゴット１１からのウェーハの剥離を検出できる。

したがって、分断装置８は、インゴット１１を分断できる分断装置であるとともに、インゴット１１からのウェーハの剥離を検出できる検出装置でもある。さらに、分断装置８は、ウェーハを製造できる製造装置でもある。以下、図３等に示された分断装置８をインゴット１１を分断できる分断装置として説明するが、以下の分断装置８についての説明はウェーハの剥離を検出できる検出装置の説明でもあり、ウェーハを製造できる製造装置の説明でもある。

分断装置８は、図３に示す通り、内部に液体１２が収容された液槽１０を備える。該液体１２は、インゴット１１に付与される超音波が伝播する媒体となる。液槽１０の底部には、インゴット１１が載置される載置テーブル１４が設けられており、液槽１０に搬入されたインゴット１１は該載置テーブル１４に載せられる。このとき、例えば、インゴット１１の表面１１ａが上方に向けられる。

分断装置８は、超音波を発生できる超音波付与ユニット１６を備える。例えば、超音波付与ユニット１６は移動可能であり、載置テーブル１４にインゴット１１を置く際には載置テーブル１４の上方から取り除くことができる。また、載置テーブル１４にインゴット１１を載せた後、インゴット１１の表面１１ａに対面するように載置テーブル１４の上方に超音波付与ユニット１６を位置付けることができる。

超音波付与ユニット１６は、超音波を発生できる超音波振動子１６ａと、該超音波振動子１６ａを上方から支持する支持軸１６ｂと、を備える。なお、インゴット１１に形成された分離起点２７に対して均一にかつ実効的に超音波を付与できるように、対面するインゴット１１の表面１１ａを覆うことのできる大きさの超音波振動子１６ａを備える超音波付与ユニット１６が準備される。

さらに、超音波付与ユニット１６は複数の超音波振動子１６ａを備えてもよく、複数の超音波振動子１６ａにより表面１１ａの各所に均一に超音波を付与してもよい。この場合においても、複数の超音波振動子１６ａでインゴット１１の表面１１ａを覆うように複数の超音波振動子１６ａが配置される。

液槽１０には、超音波付与ユニット１６の超音波振動子１６ａが液体１２に接するのに十分な量で液体１２が収容され貯留される。そして、超音波振動子１６ａは、超音波に属する周波数で振動でき、インゴット１１に液体１２を介して超音波を付与できる。液槽１０は、例えば、上方が開口した箱状の部材である。液槽１０は、互いに平行な一対の側壁を備え、該一対の側壁の内面及び外面は平坦である。

図４を使用して分断装置８についてさらに説明する。分断装置８は、液槽１０の外部に光源１８と、撮像ユニット２２と、を備える。分断装置８は、光源１８が発する光１８ａをインゴット１１の表面１１ａに導くためのミラー２０ａと、インゴット１１の表面１１ａで反射された光１８ａの反射光である光１８ｂを撮像ユニット２２に導くためのミラー２０ｂと、をさらに備える。

光源１８としては、例えば、白熱電球やＬＥＤ等が用いられる。ただし、光源１８の種類に制限はない。光源１８から発せられた光１８ａは、ミラー２０ａで反射されて液槽１０の側壁を透過してインゴット１１の表面１１ａに照射される。このとき、光１８ａが液体１２を透過できるように、光１８ａの波長を液体１２に対して透過性を有する波長（液体１２を透過できる波長）とする。または、光１８ａを透過できる液体１２を液槽１０に貯留する。

さらに、液槽１０の側壁を光１８ａが透過できるように、液槽１０の側壁には光１８ａを透過できる材質が予め選択される。例えば、光１８ａを可視光とする場合、液体１２には水やアルコール等の可視光を透過できる材料を使用でき、液槽１０の側壁にはガラスやアクリル等の可視光を透過できる材料を使用できる。

また、光源１８が発する光１８ａは、平行光でもよいし非平行光でもよい。例えば、光源１８で発せられた光１８ａが非平行光である場合、インゴット１１の表面１１ａに平行光を照射するために、例えば、光源１８で発せられた光１８ａを反射するミラー２０ａに凹面鏡を使用するとよい。

インゴット１１の表面１１ａに所定の入射角で光１８ａが入射すると、該所定の入射角に対応する所定の反射角で光１８ｂが反射される。光１８ｂは、液槽１０の他の側壁を透過して液槽１０の外部に進行してミラー２０ｂに到達し、ミラー２０ｂで反射される。例えば、ミラー２０ｂに凹面鏡を使用すると、光１８ｂを撮像ユニット２２に集光できる。

撮像ユニット２２は撮像素子を備えるデジタルスチルカメラまたはデジタルビデオカメラ等であり、光１８ｂを受光して撮像画像を形成できる。撮像ユニット２２には、判定ユニット２４が接続されており、撮像ユニット２２で形成された撮像画像は判定ユニット２４に送られる。なお、分断装置８は、光１８ｂが照射されることによって投影像が形成されるスクリーンを備えてもよい。この場合、撮像ユニット２２は、光１８ｂに代えて該スクリーンに映し出された投影像を撮像して撮像画像を形成してもよい。

撮像ユニット２２により形成される撮像画像は、インゴット１１の表面１１ａで反射された光１８ｂを撮像して得られる撮像画像である。ここで、インゴット１１の表面１１ａは略鏡面であり、光１８ａは該表面１１ａで鏡面反射される。ただし、該表面１１ａに微小な凹凸が形成されている場合、反射された光１８ｂは該凹凸により部分的に拡散又は収束される。

そのため、該撮像画像は、インゴット１１の表面１１ａに形成された微小な凹凸の状態を反映した明暗が現れた像となる。なお、このように鏡面反射された光で形成される像に該鏡面の凹凸の状態が反映された明暗が現れる現象は、魔鏡現象と呼ばれる。そして、撮像ユニット２２により形成される撮像画像は、魔鏡現象によりインゴット１１の表面１１ａの凹凸が強調された撮像画像となる。

例えば、表面１１ａに凹凸が形成されていない場合、該撮像画像に写された表面１１ａは全体に一様の明るさとなる。また、例えば、表面１１ａに凹凸が形成されている場合、該撮像画像には表面１１ａに形成された凹凸の状態が強調された明暗模様が現れる。つまり、該撮像画像から表面１１ａの凹凸の状態を容易に把握できる。

分断装置８では、インゴット１１を分断してウェーハを剥離させる際に、ウェーハの剥離が生じたことを早期に検出できると、ウェーハやインゴット１１に対して次の工程を早期に実施できる。

しかしながら、インゴット１１を分断する際、超音波付与ユニット１６の超音波振動子１６ａがインゴット１１の表面１１ａに近づけられる。このとき、超音波付与ユニット１６によりインゴット１１が覆われるため、インゴット１１の表面１１ａを作業者が目視で確認するのは困難である。さらに、超音波付与ユニット１６で液体１２を介してインゴット１１に超音波を付与すると、液体１２の上面が振動し、液体１２の上面を通してインゴット１１の表面１１ａを観察するのは一層困難である。

しかも、インゴット１１が分離起点２７で分断されてウェーハが形成される際、インゴット１１の表面１１ａ（ウェーハの上面）に現れる凹凸形状の変化は微小である。そのため、仮にインゴット１１の表面１１ａを目視で確認できたとしても、ウェーハの剥離が生じた際に迅速にかつ正確に剥離が生じたことを検出するのは容易ではない。

しかしながら、分断装置８では、超音波振動子１６ａと、インゴット１１の表面１１ａと、の間の狭小な隙間に光１８ａを入射できるように、そして、該隙間から外部に光１８ｂが進行できるように光１８ａの入射角等を設定できる。また、光１８ａは、液体１２の上面よりも振動の小さい液槽１０の側壁を透過してインゴット１１の表面１１ａに入射され、光１８ｂは、液体１２の上面よりも振動の小さい液槽１０の他の側壁を透過して撮像ユニット２２に検出される。そのため、撮像画像における超音波の影響は小さい。

したがって、本実施形態に係る分断装置８では、魔鏡現象によりインゴット１１の表面１１ａの凹凸が強調された撮像画像を取得できるため、該撮像画像を使用してインゴット１１が分断されウェーハの剥離が生じたことを早期にかつ正確に検出できる。

分断装置８は、さらに、撮像画像からインゴット１１が分断されウェーハの剥離が生じたことを判定する判定ユニット２４を備える。判定ユニット２４は、超音波付与ユニット１６、光源１８、及び撮像ユニット２２に接続されており、超音波付与ユニット１６、光源１８、及び撮像ユニット２２を制御できる。

判定ユニット２４は、超音波付与ユニット１６を作動させて載置テーブル１４に載置されたインゴット１１に超音波を付与するとともに、光源１８を作動させてインゴット１１の表面１１ａに光１８ａを照射する。そして、インゴット１１の表面１１ａで反射された反射光である光１８ｂを撮像ユニット２２に撮像させて、撮像ユニット２２に撮像画像を形成させる。

さらに、判定ユニット２４は、撮像ユニット２２が光１８ｂを撮像することにより形成する撮像画像を受領し、該撮像画像を解析してインゴット１１の表面１１ａの凹凸の状態に関する情報を得る。そして、該撮像画像からインゴット１１の表面１１ａに生じた凹凸を検出し、表面１１ａの該凹凸に基づいてインゴット１１が分離起点２７で分断されウェーハがインゴット１１から剥離したか否かを判定する。

図５は、撮像ユニット２２により形成される撮像画像の一例を模式的に示す写真である。撮像画像２６には、凹凸が強調された状態でインゴット１１の表面１１ａが写る。たとえば、凸部では反射される光が散乱するため撮像画像２６においては暗く写る。その一方で、凹部では反射される光が収束するため、撮像画像２６においては明るく写る。したがって、撮像画像２６の比較的明るい領域２８は表面１１ａの凹部が現れている領域を示し、比較的暗い領域３０は表面１１ａの凸部が現れている領域を示す。

インゴット１１に超音波が付与されると、インゴット１１の表面１１ａに超音波の付与による振動や歪みが生じる。そして、分離起点２７におけるインゴット１１の分断が進行すると、インゴット１１の表面１１ａに現れる振動や歪みの様子が分断の進行状況に応じて変化する。

そのため、撮像ユニット２２で光１８ｂの撮像を繰り返してインゴット１１の表面１１ａの凹凸の状態を監視することにより、分離起点２７でインゴット１１が分断されウェーハがインゴット１１から剥離したとき、いち早く剥離が生じたことを検出できる。特に、撮像ユニット２２で光１８ｂを連続的に撮像して複数の撮像画像を形成し、該複数の撮像画像が次々に表示される動画により該凹凸の状態を監視すると、ウェーハの剥離が生じたことを瞬時に検出できる。

また、判定ユニット２４は、ウェーハが剥離したと判定するとき超音波付与ユニット１６を停止できてもよく、インゴット１１に対する超音波の付与を停止させてもよい。さらに、判定ユニット２４は、載置テーブル１４の上からインゴット１１及び剥離したウェーハを取り出しやすいように、ウェーハが剥離したと判定するときに超音波付与ユニット１６を載置テーブル１４の上方から移動させてもよい。

さらに、分断装置８は図示しない警報音発生装置を備えてもよく、判定ユニット２４は該警報音発生装置に接続されていてもよい。この場合、判定ユニット２４はウェーハの剥離を検出した際に該警報音発生装置を作動させて分断装置８の使用者にウェーハの剥離が生じたことを報知してもよい。

このように、分断装置８を使用すると、インゴット１１に超音波を付与してインゴット１１を分断でき、インゴット１１からウェーハを剥離させてウェーハを製造できる上、インゴット１１からのウェーハの剥離を検出できる。すなわち、分断装置８は、ウェーハを製造できる製造装置であるとともに、ウェーハの剥離を検出できる検出装置でもある。

次に、分断装置８を使用してインゴット１１を分断し、インゴット１１からウェーハを剥離させてウェーハを製造する本実施形態に係るウェーハの製造方法について説明する。なお、以下の該製造方法の説明は、インゴットの分断方法の説明であるとともに、インゴットからのウェーハの剥離を検出する検出方法の説明でもある。

図６（Ａ）は、本実施形態に係るウェーハの製造方法の各ステップのフローを示すフローチャートである。本実施形態に係るウェーハの製造方法では、まず、インゴット１１に分離起点２７を形成する分離起点形成ステップＳ１を実施する。次に、分離起点２７でインゴット１１を分断して、インゴット１１の一部を剥離してウェーハを製造するウェーハ製造ステップＳ２を実施する。

分離起点形成ステップＳ１について説明する。図２（Ａ）は、分離起点形成ステップＳ１を模式的に示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、分離起点形成ステップＳ１により分離起点２７が形成されたインゴット１１の断面を模式的に示す断面図である。そして、図２（Ｃ）は、改質層２３と、該改質層２３から伸長するクラック２５と、が部分的に形成されたインゴット１１を模式的に示す上面図である。分離起点形成ステップＳ１は、例えば、レーザ加工装置２において実施される。

分離起点形成ステップＳ１では、まず、インゴット１１をレーザ加工装置２の保持テーブル４の上に載せ、保持テーブル４の吸引保持機構を作動させ、保持テーブル４にインゴット１１を吸引保持させる。次に、レーザ加工ユニット６をインゴット１１の上方に移動させ、レーザ加工ユニット６の光学系を調整し、または、レーザ加工ユニット６の高さを調整し、レーザ加工ユニット６から発せられるレーザビーム６ａの集光点を所定の高さ位置に位置付ける。

ここで、レーザビーム６ａの集光点が位置付けられる所定の高さとは、予めインゴット１１の表面１１ａから所定の深さに設定される分離面の高さ位置である。分離面は、インゴット１１の内部に表面１１ａに平行に設定される面であり、インゴット１１の分断が予定された面である。分離面は、インゴット１１から製造されるウェーハの厚さに相当する深さでインゴット１１の表面１１ａから離間した面とされる。

分離起点形成ステップＳ１では、インゴット１１に対して透過性を有する波長のレーザビーム６ａの集光点を該分離面に位置付ける。そして、該集光点及びインゴット１１を該分離面に沿って相対的に移動させながらレーザビーム６ａを表面１１ａ側から照射する。このとき、例えば、インゴット１１を保持する保持テーブル４を該分離面に平行な方向に移動させる。

インゴット１１の内部にレーザビーム６ａを集光させると、集光点の近傍に改質層２３が形成される。さらに、形成された改質層２３からはクラック２５が伸長する。例えば、インゴット１１がＳｉＣインゴットである場合、第２のオリエンテーションフラット１５に沿って改質層２３を形成すると、インゴット１１のｃ面２１（図１（Ｂ）等参照）に沿ってクラック２５が伸長しやすい傾向にある。

そして、分離面に沿って複数の直線状の改質層２３を形成し、それぞれの改質層２３からクラック２５を伸長させると、分離面の全域に改質層２３またはクラック２５が形成された状態となる。なお、図２（Ｃ）に示す上面図では、説明の便宜のために、インゴット１１の内部に形成される改質層２３及びクラック２５を実線で示している。

分離面に沿って改質層２３及びクラック２５が形成されると、インゴット１１は改質層２３及びクラック２５を起点に分離しやすくなる。すなわち、改質層２３及びクラック２５は、分離起点２７として機能する。分離起点形成ステップＳ１では、改質層２３と、該改質層２３から伸長するクラック２５と、を含む分離起点２７が該分離面に沿ってインゴット１１の内部に形成される。

次に、ウェーハ製造ステップＳ２について説明する。ウェーハ製造ステップＳ２は、例えば、分断装置８において実施される。ウェーハ製造ステップＳ２では、図３に示す通り、分断装置８の液槽１０に貯留された液体１２中にインゴット１１を浸漬させ、載置テーブル１４の上にインゴット１１を載せる。このとき、インゴット１１の表面１１ａ側を上方に向ける。そして、超音波付与ユニット１６の超音波振動子１６ａをインゴット１１の上方に位置付け、超音波振動子１６ａをインゴット１１に近づける。

このとき、例えば、超音波振動子１６ａ及びインゴット１１の間隔を３０ｍｍ程度とする。なお、超音波振動子１６ａ及びインゴット１１の隙間が液体１２で満たされるように、予め液槽１０に貯留される液体１２の量を調整しておく。そして、液体１２を介してインゴット１１に超音波を付与して分離起点２７でインゴット１１を分断し、インゴット１１の一部を剥離してウェーハを製造する。

さらに、ウェーハ製造ステップＳ２について詳述する。図６（Ｂ）は、ウェーハ製造ステップＳ２で実施される各ステップのフローを示すフローチャートである。ウェーハ製造ステップＳ２では、照射ステップＳ３と、撮像ステップＳ４と、判定ステップＳ５と、を実施する。さらに、ウェーハ製造ステップＳ２では、インゴット１１を液体１２中に浸漬させた後、インゴット１１に超音波を付与する前に、インゴット１１の表面１１ａを撮像して参照用撮像画像を形成してもよい。

照射ステップＳ３では、図４に示す通り、分離起点２７が形成されたインゴット１１の表面１１ａに、液体１２が収容された液槽１０を介して光源１８からの光１８ａを所定の入射角で照射する。そして、撮像ステップＳ４では、該照射ステップＳ３でインゴット１１の表面１１ａに照射された光１８ａの反射光である光１８ｂを撮像し、表面１１ａに生じる凹凸が反映された撮像画像を形成する。

判定ステップＳ５では、撮像ステップＳ４で得られる撮像画像からインゴット１１からウェーハが剥離したか否かを判定する。判定ステップＳ５では、図５の撮像画像２６に例示される撮像画像を使用して、インゴット１１の表面１１ａに現れる凹凸の状態を監視し、インゴット１１からウェーハが剥離したか否かを判定する。

インゴット１１に超音波を付与する前に予めインゴット１１の表面１１ａに光１８ａを照射し、撮像ユニット２２で反射光である光１８ｂを撮像して参照用撮像画像を撮像していた場合、判定ステップＳ５では、該撮像画像を該参照用撮像画像と比較してもよい。該撮像画像を該参照用撮像画像と比較することで、超音波を付与していない状態におけるインゴット１１の表面１１ａの凹凸の状態を参照してウェーハの剥離の有無を判定できる。

例えば、撮像画像から表面１１ａの凹凸を検出する場合、検出された凹凸がインゴット１１の分断が進行する過程で表面１１ａに現れたものであるか、分断の進行に無関係に表面１１ａに現れたものであるか、判別が困難である場合がある。そこで、該撮像画像を該参照用撮像画像と比較する。この場合、インゴット１１の分断の進行に起因して表面１１ａに現れる凹凸をより高精度に検出でき、判定ステップＳ５におけるウェーハの剥離の検出の精度を向上できる。

判定ステップＳ５において、インゴット１１の分断が未完了でウェーハが剥離したとの判定がされない場合、超音波付与ユニット１６によるインゴット１１への超音波の付与を継続し、再び照射ステップＳ３、撮像ステップＳ４、及び判定ステップＳ５を実施する。また、判定ステップＳ５において、インゴット１１の分断が完了しウェーハが剥離したとの判定がされた場合、超音波付与ユニット１６によるインゴット１１への超音波の付与を停止させる。

なお、ウェーハ製造ステップＳ２では、光１８ａがインゴット１１の表面１１ａに照射され続けてもよく、撮像ユニット２２で光１８ｂが撮像され続けて複数の撮像画像が連続的に形成されてもよい。すなわち、ウェーハ製造ステップＳ２では、複数の撮像画像が次々に表示される動画によりインゴット１１からのウェーハの剥離が検出されてもよい。

さらに言い換えると、ウェーハ製造ステップＳ２では、照射ステップＳ３と、撮像ステップＳ４と、判定ステップＳ５と、を高速で繰り返すことにより、動画を使用してウェーハの剥離を検出してもよい。このとき、判定ステップＳ５は、動画を構成するすべての撮像画像が使用されて実施されなくてもよい。例えば、動画を構成する複数の撮像画像のうち所定の数毎に撮像画像を使用して判定ステップＳ５を実施してもよい。

また、ウェーハ製造ステップＳ２では、判定ステップＳ５においてインゴット１１からウェーハが剥離したと判定された場合、さらに、ウェーハを液槽１０の外部に搬出する搬出ステップＳ６を実施してもよい。そして、搬出されたウェーハの表面及び裏面を研削加工し、ウェーハを平坦化してもよい。ウェーハに分離起点２７の一部が残る場合、ウェーハを研削加工すると分離起点２７をウェーハから除去できる。

本実施形態に係るウェーハの製造方法では、インゴット１１からのウェーハの剥離を早期に検出できるため、ウェーハの剥離が生じた後、超音波付与ユニット１６を不必要に継続して作動させることはない。そのため、ウェーハがインゴット１１から剥離した後、搬出ステップＳ６を実施するまでに生じる時間の損失を最小限にできる。

本実施形態に係るウェーハの製造方法では、製造されたウェーハを早期に取り出すことができるだけでなく、ウェーハが剥離した残りのインゴット１１に対してさらなるウェーハを製造するための加工を早期に実施できる。そして、インゴット１１からさらなるウェーハを製造した後、さらに早期に該インゴット１１に対してさらに次のウェーハを製造するための加工を実施できる。

このように、インゴット１１からウェーハを製造する度にこの時間短縮の効果が積み増されていくため、本実施形態に係るウェーハの製造方法によると、製造するウェーハの数が増えるほどウェーハの製造効率が高まる。

なお、本発明は上記実施形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施形態では、インゴット１１の表面１１ａの全域に光１８ａを照射する場合について主に説明したが、本発明の一態様はこれに限定されない。すなわち、本発明の一態様に係る分断装置８及びウェーハの製造方法では、インゴット１１の表面１１ａの一部に光１８ａを照射して反射光である光１８ｂを撮像し、部分的に表面１１ａが写る撮像画像を形成してもよい。

インゴット１１からのウェーハの剥離を検出するのに際し、部分的に表面１１ａが写る撮像画像で十分に剥離を検出できる場合がある。この場合、インゴット１１の表面１１ａの全域に光１８ａを照射する場合と比較して、該光１８ａの該表面１１ａへの入射角の選択の範囲が広がる。したがって、分断装置８における各構成要素のレイアウトの自由度を高められる。

さらに、インゴット１１の表面１１ａの一部に光１８ａを照射して光１８ｂを撮像する場合、分断装置８は、載置テーブル１４を上面に垂直な軸の周りに回転させる回転駆動源を備えてもよい。この場合、例えば、インゴット１１の表面１１ａの外周部に光１８ａを照射しながら載置テーブル１４を回転させることにより、該外周部の全域を監視できる。例えば、ウェーハの剥離時に表面１１ａの凹凸の状態の変化が外周部に顕著に現れる場合等に、該外周部を集中して監視できるとウェーハの剥離を効率的に検出できる。

上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ インゴット
１１ａ 表面
１１ｂ 裏面
１３，１５ オリエンテーションフラット
１７ 表面の法線
１９ ｃ軸
２１ ｃ面
２３ 改質層
２５ クラック
２７ 分離起点
２ レーザ加工装置
４ 保持テーブル
６ レーザ加工ユニット
６ａ レーザビーム
８ 分断装置
１０ 液槽
１２ 液体
１４ 載置テーブル
１６ 超音波付与ユニット
１６ａ 超音波振動子
１６ｂ 支持軸
１８ 光源
１８ａ，１８ｂ 光
２０ａ，２０ｂ ミラー
２２ 撮像ユニット
２４ 判定ユニット
２６ 撮像画像
２８，３０ 領域

Claims (5)

1. インゴットを表面から所定の深さに設定された分離面で分断してウェーハを製造するウェーハの製造方法であって、
   該インゴットに対して透過性を有する波長のレーザビームの集光点を該分離面に位置付け、該集光点及び該インゴットを相対的に移動させながら該レーザビームを該表面側から照射して該分離面に沿って該レーザビームを集光させ、改質層と、該改質層から伸長するクラックと、を含む分離起点を該分離面に沿って該インゴットに形成する分離起点形成ステップと、
   該分離起点形成ステップの後、該インゴットを液体中に浸漬し、該液体を介して該インゴットに超音波を付与することにより該分離起点で該インゴットを分断し、該インゴットの一部を剥離してウェーハを製造するウェーハ製造ステップと、を備え、
   該ウェーハ製造ステップ中に、
   該分離起点が形成された該インゴットの該表面に、該液体が収容された液槽を介して光源からの光を所定の入射角で照射する照射ステップと、
   該照射ステップで該インゴットの該表面に照射された光の反射光を撮像し、該表面に生じる凹凸が反映された撮像画像を形成する撮像ステップと、
   該撮像ステップで得られる該撮像画像から該インゴットから該ウェーハが剥離したか否かを判定する判定ステップと、
   を実施することを特徴とするウェーハの製造方法。
2. 該インゴットは、ＳｉＣインゴットまたはＧａＮインゴットであることを特徴とする請求項１に記載のウェーハの製造方法。
3. 該ウェーハ製造ステップでは、該インゴットを該液体中に浸漬させた後、該インゴットに該超音波を付与する前に、該インゴットの該表面を撮像して参照用撮像画像を形成し、
   該判定ステップでは、該撮像ステップで得られる該撮像画像と、該参照用撮像画像と、を比較することで該インゴットから該ウェーハが剥離したか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウェーハの製造方法。
4. 表面から所定の深さに改質層と、該改質層から伸長するクラックと、を含む分離起点が形成されたインゴットに超音波を付与して該分離起点で該インゴットを分断してウェーハを形成できるインゴットの分断装置であって、
   液体が貯留された液槽と、
   該液槽内の該液体に浸漬された該インゴットを該表面が該液体中に露出された状態で載置できる載置テーブルと、
   該載置テーブルに載置された該インゴットの該表面に対面するように位置付けることができ、該インゴットに該液体を介して超音波を付与できる超音波付与ユニットと、
   該載置テーブルに載置された該インゴットの該表面に対して所定の入射角で光を照射できる光源と、
   該光源から該インゴットの該表面に照射された光が該表面から該入射角に対応する反射角で反射された反射光を撮像して撮像画像を形成する撮像ユニットと、
   該載置テーブルに載置された該インゴットに対して該超音波付与ユニットで超音波を付与し、該インゴットの該表面に該光源で光を照射し、該インゴットの該表面で反射された反射光を該撮像ユニットで撮像して撮像画像を形成し、該撮像画像から該インゴットの該表面に生じた凹凸を検出し、該表面の該凹凸に基づいて該インゴットが該分離起点で分断されウェーハが該インゴットから剥離したか否かを判定する判定ユニットと、
   を備えることを特徴とするインゴットの分断装置。
5. 該判定ユニットは、該撮像画像と、該超音波付与ユニットにより該インゴットに該超音波が付与される前に該撮像ユニットが該インゴットの該表面を撮像して形成した参照用撮像画像と、を比較することで該ウェーハが該インゴットから剥離したか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載のインゴットの分断装置。